根據使用的膜種類和膜在系統中所起作用不同,一般可以分為三大類,即固液分離膜生物反應器、曝氣膜生物反應器和萃取膜生物反應器。
(1)固液分離膜生物反應器
固液分離膜生物反應器是目前研究最為廣泛的一類膜生物反應器,廣泛應用于各種工業廢水、生活污水及垃圾滲濾液。根據膜分離技術與生物反應器的組合方式以及膜組件的設置位置,固液分離膜生物反應器可分為一體式膜生物反應器和分置式膜生物反應器。
①一體式膜生物反應器,是將膜組件放置在生物反應器內部,曝氣器放置與膜組件的正下方??諝鈹噭釉谀け砻娈a生紊流,在這種剪切力的作用下,膠體顆粒被迫離開膜表面,減緩膜的堵塞。膜出水靠抽吸泵抽吸出水。由于這種形式的膜生物反應器省去了混合液循環系統,并且靠抽吸出水,能耗相對較低,結構較分置式膜生物反應器更為緊湊,占地少,近年來在水處理領域受到了特別關注。但是其膜通量相對較低,容易發生膜污染,不易清洗和更換膜組件。
②分置式膜生物反應器,是指膜組件與生物反應器分開設置,在反應器中設有循環管路,靠加壓泵加壓出水,加壓泵從生物反應器抽水,壓入膜組件中,膜的濾過水排出系統,濃縮液回流至生物反應器。
分置式膜生物反應器的特點是:運行穩定可靠,膜易于清洗、更換及增設,膜通量較大,但是在一般條件下,為了減少污染物在膜表面的沉積,延長膜的清洗周期,需要用循環泵提供較高的膜面錯流流速,致使水流循環量增大,動力費用增高,并且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體失活。
(2)曝氣膜生物反應器
在曝氣膜生物反應器(membrane aeration bioreactor,MABR)中,采用透氣性膜作為曝氣擴散器,產生無泡曝氣,用以提高供氧效率。同時膜可以作為生物反應器內微生物附著生長的載體。通過膜兩側氧的直接供給和營養物的擴散,達到有效降解有機物的目的。
在該系統中,由于氧的無泡傳遞,供氧不能對混合液產生混合效果。通?;旌弦旱幕旌贤ㄟ^循環泵、攪拌等來實現。這種曝氣器可用于含揮發性有毒有機物或發泡劑的工業廢水處理系統,膜曝氣系統尤其適用于曝氣池活性污泥濃度很高、需氧量很大的系統。
MABR的構型有一體式和分置式兩種,多數研究中采用一體化的MABR。其運行方式有連續和間歇兩種,通常僅有生物膜附著于膜上的MABR工藝以連續式運行,而附加支撐介質的工藝以間歇式運行。Kolb等[10]于1995年描述了間歇式 MABR與活性炭床聯用處理廢水中的VOCs,其有機物和2-氯酚的去除率分別為15.5kg/(m·d)和20kg/(m·d)。通過吸附VOCs的活性炭上的微生物降解,活性炭床能夠確保每個循環開始時廢水中的VOCs濃度降至微生物生存閥值以下。
(3)萃取膜生物反應器
1994年,英國學者Livingston研究開發了萃取膜生物反應器(extractive membrane bioreactor,EMBR)EMBR利用膜將工業廢水中的有毒污染物萃取后對其進行單獨的生物處理,如圖3.30所示。在該系統中,廢水與活性污泥被膜隔開,廢水在膜腔內流動,與微生物不直接接觸。通過硅樹脂或其他疏水性膜選擇性地將工業廢水中的有毒污染物萃取并傳遞到好氧生物相中,在生物反應器內被微生物吸附降解。由于膜的疏水性,廢水中的水及其他無機物不能透過膜向活性污泥中擴散。反應器的其化無機物不能透過膜身活性污泥中擴散。反應器的混合液與廢水之間通過濃度梯度的作用,污染物不斷從廢水透過膜進入生物反應器。為促進生物反應器內有機物的降解,有時需要向生物反應器添加一些無機營養成分。
萃取膜生物反應器適用于萃取和處理廢水中的優先污染物,特別適用于以下情況:廢水酸堿度高、鹽濃度高或含有毒生物難降解有機物,不宜使廢水與微生物直接接觸處理;廢水含有揮發性物質,采用傳統的生物處理工藝易隨曝氣氣流揮發。